摘要：中红外（MIR）光在夜视、成像、传感和热计量等领域具有重要的应用价值，因此其检测技术成为了研究热点。然而，传统的中红外光探测器面临着许多挑战。现有的探测器通常需要低温冷却，或者采用复杂的设备结构，涉及到复杂的纳米制造工艺，这不仅增加了设备的体积和重量，还提高了

研究背景

中红外（MIR）光在夜视、成像、传感和热计量等领域具有重要的应用价值，因此其检测技术成为了研究热点。然而，传统的中红外光探测器面临着许多挑战。现有的探测器通常需要低温冷却，或者采用复杂的设备结构，涉及到复杂的纳米制造工艺，这不仅增加了设备的体积和重量，还提高了成本和故障率。传统的热探测器虽然能在室温下工作，但其检测带宽较窄，灵敏度也受到限制。因此，如何在室温下实现高灵敏度、宽光谱范围的中红外光检测，成为了亟待解决的问题。

成果简介

为此，耶鲁大学Peijun Guo团队（清华大学校友）在Science Advances期刊上发表了题为“Mid-infrared photodetection with 2D metal halide perovskites at ambient temperature”的最新论文。研究人员提出了使用二维金属卤化物钙钛矿（2D-MHPs）作为关键构建块，进行光谱可调的中红外光检测。2D-MHPs具有超低的跨平面热导率和强烈的温度依赖性激子共振特性，这使得它们能够在室温下实现全光中红外光检测，并且在塑料基板上展示了下至1纳瓦特每平方微米的灵敏度。本文第一作者Li Yanyan为南京大学校友。

Peijun Guo，耶鲁大学助理教授。本科毕业于清华大学，硕博毕业于西北大学。其研究兴趣为1.具有增强光物质相互作用的纳米结构材料的生长和合成，2.用于能源转换、光电子学和信息科学超快光谱在时间和空间上解析功能材料和异质结构中的能量流，3.新兴材料中激发态和非平衡态的光学操控与控制。

进一步通过薄膜结构和光子增强策略的优化，研究人员将灵敏度提高到小于10皮瓦每平方微米的水平，拓宽了中红外光的探测范围，从2到4.5微米的中波红外范围扩展到10.6微米的长波红外波长，且具有波长无关的灵敏度响应。该研究为分子传感、环境监测和热成像等领域提供了新的解决方案和技术路径。

研究亮点

1. 实验首次利用二维金属卤化物钙钛矿（2D-MHPs）作为关键构建块，实现了光谱可调的中红外光（MIR）探测。该探测在室温下进行，采用塑料基板，并具备较高的灵敏度，达到了每平方微米1纳瓦特。

2. 实验通过利用2D-MHPs的超低跨平面热导率和强烈的温度依赖性激子共振特性，成功实现了全光中红外光的探测。此外，采用基于薄膜结构和光子增强策略，进一步提高了探测灵敏度，达到了小于10皮瓦每平方微米的水平。

3. 研究覆盖了从2至4.5微米的中波红外范围，并扩展至10.6微米的长波红外波长，且检测灵敏度对波长表现出独立性。通过这些创新方法，实验展示了2D-MHPs在中红外光探测领域的巨大潜力。

图文解读

图1. PEA的TCR和热传输特性。

图2. 涂覆ICO纳米晶体（NCs）的PEA薄膜的光学和结构表征。

图3. 使用ICO/PEA/PET堆叠结构实现光谱可调的全光中红外光（MIR）光探测。

图4. 基于薄膜结构的灵敏度小于100 pW μm−2。

图5. 结合介电涂层的薄膜结构实现小于10 pW μm−2的灵敏度。

图6. 10.6 μm波长下的长波红外（LWIR）光探测。

总结展望

本文的研究展示了二维钙钛矿材料（2D-MHPs）在中红外（MIR）热探测中的潜在应用，尤其是在超低热导率和较大激子诱导的温度系数（TCR）这两种稀有属性的结合下，2D-MHPs展现出了在MIR探测领域的独特优势。通过以PEA为原型材料，本文提出了一种基于2D-MHP的热探测方案，相比于其他新兴的MIR检测方法，它不受材料带隙限制，展现出较好的检测性能。

实验证明，通过为PEA薄膜背面加上薄而致密的介电层，可以使样品在高强度MIR功率密度下稳定数小时，而暴露在空气中的样品则会在短时间内退化。此外，研究指出，未来其他混合层状材料可能提供更低的热导率和更高的TCR，从而进一步提升MIR探测能力。

文献信息

Yanyan Li et al. ,Mid-infrared photodetection with 2D metal halide perovskites at ambient temperature.Sci. Adv.10,eadk2778(2024).DOI:10.1126/sciadv.adk2778

来源：华算科技